剪力墙结构高层建筑的抗震设计研究

刚颖

中国核电工程有限公司上海分公司 上海 200120

随着我国经济发展水平的不断提高，在城市核心区住宅建设中，高层剪力墙结构已经成为一种越来越常见的结构形式。框架剪力墙因其结构简单、方便灵活、成本低廉、使用工期短等优点一直被施工人员广泛使用。框架剪力墙可以满足多种建筑的建筑要求，即它的应用性很强。人们对高层建筑提出了更高难度的设计理念，框架剪力墙的具体结构也需要不断改善，这也使施工难度达到了新的高度。本文将通过对高层剪力墙结构的抗震设计进行探讨，以期能够对我国抗震技术在框架剪力墙结构设计中的应用起到促进作用。

1 框架剪力墙受力的特点

1.1 框架剪力墙结构受力的特点

在高层结构中，框架剪力墙在平面范围内，可以认为高层建筑的楼盖刚度是无限大的，框架与剪力墙利用楼盖连接，使网络形成，并且共同将水平方向力承担，以防弯曲变形对结构产生一定的影响，该结构位移在同个一楼层基本保持一致。因此，框架剪力墙位移属于弯剪型，在水平面范围内，外在框架与剪力墙之间。框架剪力墙高层建筑结构，剪力墙位于建筑的下部，由于＞80%水平剪力的作用，致使变形量非常小，而建筑结构的上部，框架结构变形非常小，与剪力墙一同进行作用，对剪力墙结构的向外变形进行抵抗，也增大了水平方向的剪力。高层建筑的框架剪力墙结构，有效运用二者的优势，协调水平方向的变形，实现增强侧向刚度的效果，从而使结构抗震性得以增加[1]。

1.2 框架和剪力墙受力的特点

高层建筑中的框架结构形变，为开口型的曲线，属于剪切型，通常能够体现剪切的特点，增加位移，改变便会减慢。建筑工程施工的中阶段，纯框架结构形变的曲线基本一样。应该按照一定的比例，结合不同框架结构抗推的刚度，分配水平方向的受力。随着增大位移，剪力墙结构变形曲线速度也会加快，曲线有变形开口表现出来。在平面内，表现出的抗弯强度比较大，结构为普通的剪力墙时，受力位移线基本相同，也就是根据剪力墙刚度值，分别对剪力墙间水平方向的力等效进行分配[2]。

2 设计剪力墙结构高层建筑抗震的要点

2.1 设计平面布置的抗震

地震具有突发性，设计高层建筑的过程中，地震参数是无法预知的，必须运用计算方式，对设计抗震的内容进行规划。设计高层建筑剪力墙抗震中，布置平面是首要的内容，布置平面对剪力墙结构抗震性具有直接的关系。通过分析和研究多项案例可以了解到，对于高层建筑剪力墙，运用平面进行布置，必须遵循对称的原则，无论是均匀分布刚度和质量，还是传力路径，都要进行设计，对于剪力墙抗震的能力非常有力，高层建筑剪力墙结构在地震环境中，不容易被破坏。设计平面布置抗震的过程中，对于结构体系效应能够大概地估算出来，地震时剪力墙平面布置反应能够预先知道，以便及时采用有效的抗震措施，将高层建筑剪力墙结构抗震的作用充分地发挥出来。

2.2 提高整体抗震性

在设计建筑结构时通过机构控制来实现总体屈服的目的，在框架剪力墙建筑中的某个位置，采用安装塑性铰的方式来控制其作用的位置、变形度以及次序，从而使建筑物遭遇地震灾害时能够更有效地形成耗能机构。水平构件在水平力的作用下先出现屈服，其次是竖向的构件。剪力墙在框架剪力墙中的体积越大、数量越多，那么其刚度也将越大，然而这将减小建筑的自振周期，地震作用增加；相反，建筑刚度将降低，地震作用也将减小。因此，在进行结构的设计时，需对建筑本身有充分的考虑，对于建筑结构的高度、设防烈度以及装修等级等均应考虑在内，设置建筑结构所能承受的最大位移值。最终目的是对剪力墙体积和数量的确定，确保结构的安全以及经济性。

2.3 体系选择的抗震设计

建筑剪力墙结构抗震设计中的体系选择，比较好的是多道防线。以某高层建筑为例，分析体系选择时的抗震设计。该案例为高层住宅楼群，总占地面积20.28万m2，分为1、2、3、4区，1区与4区地上24层，2区和3区，地上22层，地下结构均为两层。该案例中全部采用剪力墙结构，根据抗震设计的要求，规划剪力墙的体系，剪力墙的全高厚度是350mm，除了窗洞以外，外立面都设计成高1200mm的结构连梁，促使剪力墙的整体具备很强的抗扭刚度，维护结构在地震时的整体性，该案例剪力墙体系结构抗震设计中，适度的强化剪力墙底部的侧向刚度，减轻上部结构的质量，案例中的高层住宅区，地处8度抗震设防区，体系选择时，借助ETABS与SATWE力学软件分析，即使剪力墙结构受到小震作用，也能及时补充弹性。剪力墙体系选择的抗震设计上，对布筋以及边缘构件纵筋，也实行的强化设计，加强剪力墙体系结构的抗震性能[3-4]。

3 结语

抗震技术的应用是框架剪力墙结构设计的关键部分，随着我国以及世界各国的经验、教训总结以及对抗震技术的研发与积累，抗震技术有了长足的发展，而目前框架剪力墙结构设计日趋复杂多样，结构体系越来越复杂，受力分析难度也越来越大，而地震对房屋的风险也在加大，现有抗震技术将很难满足各种新型房屋的抗震要求。因此，随着时代的发展，框架剪力墙结构设计中的抗震技术也需要不断发展，才能确保房屋的抗震效果，保障居民的生命和财产安全。